基金會現(xiàn)場總線（Foundation Fieldbus）的發(fā)展動態(tài)
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國際上著名的自動化咨詢公司ARC咨詢集團今年7月對60多個現(xiàn)場總線的用戶、系統(tǒng)集成商和OEM廠商就他們對各種現(xiàn)場總線的看法、使用的領域、體現(xiàn)的價值以及投資回報的情況作了一次調查，結論如下：
（1）用戶已經(jīng)開始把現(xiàn)場總線技術納入他們采購儀表和系統(tǒng)的選擇對象。在多種現(xiàn)場總線協(xié)議中，基本集中在FF總線和PROFIbus兩種。在這兩種總線的選擇中，有23% 的用戶已經(jīng)安裝了FF總線H1的系統(tǒng)，15% 的用戶在未來的三年內有計劃安裝H1系統(tǒng)。對于HSE設備，由于該技術發(fā)表時間不長，所以只有2%的用戶已經(jīng)安裝了這種設備，但是有21%的用戶表示在三年之內將安裝HSE設備。
PROFIbus PA的情況是，有9%的用戶已經(jīng)安裝PROFIbus PA設備，有6%的用戶打算在三年內安裝這種設備。同時有18% 的用戶已經(jīng)安裝了PROFIbus DP的設備，并有12% 的用戶有今后購買這種設備的意向。
（2）在應用項目的規(guī)模上，目前主要用于中小項目。被調查對象的項目數(shù)大體情況如表二所示。
表二 (附件4)
但實際上，現(xiàn)場總線系統(tǒng)已經(jīng)逐步在大型和超大型規(guī)模系統(tǒng)中得到采用。據(jù)報道，目前已經(jīng)在使用的FF總線系統(tǒng)的最大規(guī)模已經(jīng)達到12000臺儀表。我國廣西惠州新建的大型石化裝置約采用數(shù)千臺FF總線儀表，自動化的總投資達到5000萬美元。上海SECCO新建的石化裝置也全部采用FF總線技術和儀表，合同金額達到3000萬美元。
（3）ARC還對現(xiàn)場總線的采用是作為新裝置還是老裝置擴張還是替換老裝置的情況做了調查。針對這60多個用戶，其結果是如表三所示。從表中可以看出，用戶在設計新裝置和替換老的DCS、PLC系統(tǒng)時，考慮采用現(xiàn)場總線的比例已經(jīng)超過60%，也就是說，用戶開始逐步接收現(xiàn)場總線技術了。
表三 (附件5)
現(xiàn)在在我國已經(jīng)安裝的FF總線系統(tǒng)已經(jīng)超過100個，當然大部分是中小系統(tǒng)。最近報道廈門湘魯（音譯）石化有限公司，一期投資為6億美元。生產(chǎn)純凈對苯二酸，是世界上第一個在本安區(qū)域使用FF總線的PTA工廠。該系統(tǒng)在本安區(qū)域，有161個網(wǎng)段，掛接742臺FF總線設備。另外自備鍋爐還有38個網(wǎng)段，掛接173臺FF總線設備。平均一個網(wǎng)段掛接4臺設備。采用的系統(tǒng)是Emerson公司的產(chǎn)品。
二. 關于國際標準
由于各方利益的沖突，致使9種現(xiàn)場總線協(xié)議都包含在IEC-61158國際標準中。但是，這種情況卻是用戶所不歡迎的。因此，各現(xiàn)場總線協(xié)議組織又開始互相合作，希望在協(xié)議的應用層形成統(tǒng)一的規(guī)范，從而使用戶在使用中得到方便。
FF、HART和PROFIbus已經(jīng)組成聯(lián)合小組，加強在設備描述語言（DDL）方面的開發(fā)。他們希望在現(xiàn)有IEC61804-Part 2的基礎上，開發(fā)出通用的規(guī)范，滿足比較復雜的功能模塊的要求。例如實現(xiàn)閥門特征，傳感器校驗曲線，運行趨勢曲線等功能。這項規(guī)范的聯(lián)合開發(fā)制訂了四個前提：（1）現(xiàn)有的DD和EDD應能繼續(xù)使用，不做任何修改；（2）新的元素應該有獨立的操作系統(tǒng)和協(xié)議；（3）以IEC 61804-2 EDDL為開發(fā)基礎；（4）要保護用戶和制造商的投資利益。該規(guī)范分為兩部分。第一部分是以IEC 61804-1《過程控制功能塊》第一部分為基礎制訂的，名稱為“系統(tǒng)全貌”；第二部分是以IEC61804-2《過程控制模塊》第二部分為基礎制訂的，名稱為“功能塊概念和電子設備描述語言規(guī)范”。這兩部分草稿已經(jīng)在各球循環(huán)投票。計劃在今年7月，結束這5個月的循環(huán)投票，并準備好國際標準的草案（DIF）。7月8日到8月15日，準備國際標準最終草案投票文件。8月15日開始為期2個月的最終草案國際標準投票。10月15日投票結束。爭取11月1日成為正式國際標準。該標準的發(fā)布對今后不同總線之間互通信息將大有好處。盡管在工廠里可能采用了不同總線的產(chǎn)品和系統(tǒng)，但用戶將可以用統(tǒng)一的界面和方法對不同的系統(tǒng)進行組態(tài)。
另一個重要的標準是關于本質安全防爆的標準。FF總線提出了現(xiàn)場總線結構下的本質安全防爆的新模型，叫做《FISCO》?！禙ISCO》提出，只要電纜的參數(shù)處在給定的限制值內，電纜的電容值和電感值不必再集中考慮，而仍能保證系統(tǒng)安全。同樣，《FISCO》概念下的安全柵也不用規(guī)定電容和電感的允許值，因此，可以比傳統(tǒng)的安全柵連接更多的設備。這項新技術已經(jīng)被IEC批準為技術規(guī)范（但不是標準）。美國儀表學會（ISA）的SP12小組正在努力，要把《FISCO》列入美國國家標準（ANSI）。
三. 關于技術發(fā)展
2003年，F(xiàn)F基金會在技術發(fā)展方面提出了三個項目。它們是《靈活功能模塊(FB CiHBA)規(guī)范》，《HSE冗余系統(tǒng)規(guī)范》和《安全儀表系統(tǒng)規(guī)范》。
《靈活功能模塊規(guī)范》是在FF總線的基本功能模塊和先進功能模塊的基礎上，為了滿足離散控制、批量控制和混合控制的要求，開發(fā)的一種新型功能模塊。它的輸入、輸出通道和編號以及內部的控制算法全部都由用戶組態(tài)確定。只是把功能模塊裝在Function Block Shell里面，可以在FF總線協(xié)議下運行。這種完全由用戶自己確定的功能模塊不能裝在現(xiàn)場儀表內，而是從上位設備進行軟件下載，經(jīng)過HSE、H1途徑裝入現(xiàn)場儀表運行。在FF的網(wǎng)站上還發(fā)布了靈活功能模塊的應用范例。包括脫甲烷塔多變量控制，順序靜態(tài)啟動，冷卻水變速驅動控制，液位的簡單開關量邏輯控制，維他命C發(fā)酵批量控制等。但是，業(yè)內專家認為，靈活功能模塊的開發(fā)必然會牽涉設備描述語言（DD）的生成技術。而這項技術是被FF基金會壟斷的。所以一般的企業(yè)將無法自己進行開發(fā)。
《HSE冗余系統(tǒng)規(guī)范》是為了防止由單電源、單網(wǎng)絡和單接口構成的系統(tǒng)因為其中一部分故障而造成系統(tǒng)癱瘓。項目安排在今年2季度完成實驗室試驗和系統(tǒng)測試。3季度完成規(guī)范文稿，4季度完成Beta注冊測試的準備工作。于2004年完成第一個產(chǎn)品的注冊。
《安全儀表系統(tǒng)規(guī)范》是當前用戶的熱門話題。這個項目是FF基金會與德國T ＆#368; V合作開發(fā)。該項目由四個用戶（Exxon Mobile，Dupont，Shell，Saudi Aramco）和9個制造商（ABB，Emerson，HIMA，Honeywell，Mesto，Invensys，Rotok，Softing，Yokogawa）參與。在今年3季度提出應用導則和規(guī)范文本，2004年2季度完成初步規(guī)范，供FF成員審查。4季度完成最終規(guī)范文本和應用導則。
四. FF總線系統(tǒng)功能體系結構及火電廠FF總線系統(tǒng)設想框架
通過這幾年的發(fā)展，新的FF總線系統(tǒng)的功能體系結構已經(jīng)基本形成。結構圖如圖一所示，體系共分為五個層次。
最底層是H1層。它的特點是可以總線供電，可以通過中繼器延長電纜距離。網(wǎng)段的調度設備（LAS）可以冗余。可以在儀表中運行功能塊，使控制功能分散到現(xiàn)場儀表?？梢杂糜诒举|安全防爆環(huán)境。
第二層是HSE層。它是高性能的控制干線，通訊速率達到100Mbit/s。采用標準以太網(wǎng)設備和網(wǎng)絡。通過聯(lián)接設備可以集成H1子系統(tǒng)。HSE可以選擇冗余。通過HSE不但能夠運行標準的功能塊，而且可以運行靈活功能塊，以滿足批量控制和混合控制的需要。
第三層是OPC數(shù)據(jù)交換層(OPC DX)。在這一層，服務器與服務器之間可以交換數(shù)據(jù)。從而使數(shù)據(jù)可以用于支持各種應用軟件包。例如，應用于ERP系統(tǒng)，資產(chǎn)管理系統(tǒng)（Asset Management），歷史數(shù)據(jù)處理，最優(yōu)化算法，數(shù)據(jù)倉庫等。通過OPC Dx還可以與非FF系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。
第四層是上述的各種應用軟件包在這一層運行。
第五層是MIS系統(tǒng)。將過程數(shù)據(jù)用于全廠管理。
圖一 FF總線系統(tǒng)體系結構（附件1）
在上述的五層結構體系下，大致可以勾畫出大型火電廠的系統(tǒng)結構，如圖二所示。
圖二 火電廠FF總線系統(tǒng)體系結構框架 （附件2）
從圖二上可以看出，整個系統(tǒng)由燃料與燃燒子系統(tǒng)、鍋爐管理子系統(tǒng)、汽輪機控制子系統(tǒng)和批處理（如化水程控等）子系統(tǒng)構成。批處理子系統(tǒng)又包括若干H1系統(tǒng)以及非FF總線的系統(tǒng)。脫硫和制氧自成系統(tǒng)。兩個PLC子系統(tǒng)是用來完成安全連鎖等功能的。這些子系統(tǒng)分別連接到兩個HSE的連接設備上，采取星型拓撲結構。連接設備與上位計算機，如操作站（人機接口），ERP（企業(yè)資源計劃）站，工程師站（組態(tài)與診斷）和管理信息系統(tǒng)（MIS）等，通過HSE構成網(wǎng)絡。當然，這個系統(tǒng)框圖只是一種設想，相當于汽車中的“概念車”。具體各子系統(tǒng)的構成都沒有涉及。但它給了我們一個思路，啟發(fā)我們去考慮大型火電站復雜系統(tǒng)的體系結構。
隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，制造商和用戶將越來越加深對它的理解。據(jù)預測，到2005年，我國的幾個采用FF總線系統(tǒng)的大型石化工程都將投產(chǎn)。屆時，我國安裝的FF儀表將達到數(shù)萬臺。人們對如何進行FF總線系統(tǒng)的設計、調試、組態(tài)、維護以及現(xiàn)場總線為用戶帶來的實際利益都會更加明朗。因此，隨時掌握各種總線的發(fā)展狀況是十分重要的。
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